Примеси воздухе над океанами

Состояние воздуха над океанами

Океан занимает две третьих поверхности Земли. Он является мощным постоянно действующим поставщиком аэрозольного веще-ства в атмосферу. Значительная доля аэрозольных частиц возникает в результате испарения капель морской воды и содержит в основном легкорастворимые гигроскопические морские соли.

Из океана в атмосферу попадают также различные газы и органи­ческие аэрозоли. Частицы органического происхождения — это вы­сыхающие и гниющие морские водоросли и продукты разложения фи­топланктона. Органические аэрозоли — это еще и пыльца растений, споры, различного рода микроорганизмы, вирусы. Многие из них пе­реносятся с суши. Органические аэрозоли образуются также и в атмо- сфере из органических молекул при фотохимических реакциях или при взаимодействии с морской водой.

Хорошо известна способность частиц биологического происхож­дения переноситься на большие расстояния. Так, споры грибов нахо­дили в море на расстоянии 1000 км от ближайшего берега. Пыльца растений может переноситься в океан на 2500 км. Морские бактерии обнаруживались на суше на расстояниях более 100 км от воды.

Над океанами наблюдаются аэрозоли и минерального происхож­дения. Это наблюдается при переносе пыли из Сахары в Атлантику, из пустынь Центральной Азии в океан, из Аравийских пустынь в север­ную часть Индийского океана. Пыли бывает так много, что она значи­тельно ухудшает видимость и создает сложные условия плавания. Та­кое явление наблюдается у западных берегов Африки в северной Ат­лантике и в других местах Мирового океана (более подробно об этом в лекции 9).

Мелкодисперсная пыль может переноситься на большие расстоя­ния. Пыль из Сахары переносится на запад через Атлантику. Сообще­ния о дымке в воздухе Карибского моря можно найти еще в старых судовых журналах. Предположения о ее африканском происхождении высказывались уже в начале XX в. В настоящее время этот факт об­щепризнан. Концентрация пыли в приземном слое атмосферы в Ка­рибском море может достигать 20 мкг/м 3 на различных высотах вплоть до поверхности 700 гПа.

Время переноса пыли через Атлантику составляет в среднем около недели. Это свидетельствует о том, что аэрозоли могут оставаться во взвешенном состоянии при значительной их концентрации в течение достаточно большого промежутка времени.

Пыль из Сахары выносится не только на запад, но и в восточном направлении через Персидский залив в сторону Индии, и может даже распространяться по всему земному шару.

Все же аэрозолей, различных газообразных примесей и, тем более, примесей антропогенного происхождения над океанами несравненно меньше, чем над сушей.

В воздухе над океанами много водяного пара. Относительная влажность в среднем составляет около 80 %. В приводном слое возду­ха содержатся ионы морских солей, что, по медицинским наблюдени­ям, благоприятно влияет на здоровье человека. Мировой океан, зани­мающий большую часть нашей планеты и покрытый зелеными водорослями, является поставщиком кислорода для всей планеты. Угле­кислый газ интенсивно поглощается морскими зелеными водоросля­ми. Над океанами в воздухе, как уже указывалось, в два-три раза меньше углекислого газа, чем в среднем для атмосферы.

Дата добавления: 2016-01-30 ; просмотров: 2103 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

Источник

Примеси к атмосферному воздуху

Кроме перечисленных выше атмосферных газов, в воздух местами могут проникать другие газы, особенно соединения, возникающие при сгорании топлива (оксиды серы, углерода, фосфора и др.). Все эти так называемые, аэрозольные примеси, или аэрозоли, в наибольшем количестве содержатся в самых нижних слоях атмосферы: ведь основной их источник — земная поверхность. Особенно загрязнен ими воздух больших городов. Не говоря о вредных газовых примесях (SO2, CO и др.), на каждый кубический сантиметр воздуха здесь приходятся десятки тысяч аэрозольных частичек, а за год на каждый квадратный километр выпадают из атмосферы сотни тонн аэрозолей. В сельских местностях количество частичек аэрозольных примесей в приземном воздухе исчисляется только тысячами на кубический сантиметр, а над океаном — только сотнями.

Многие аэрозоли являются загрязнителями атмосферного воздуха, играя пагубную роль как в отношении человека и животных, так и растительных сообществ.

Проблемы, связанные с атмосферными аэрозолями, многогранны. Аэрозоли определяют условия переноса радиации в атмосфере и могут оказывать влияние на формирование климата как Земли в целом, так и в отдельных ее районах.

Исследования аэрозолей наряду с изучением их прямой роли в различных процессах дают возможность, используя их как трассеры, делать выводы о крупномасштабной циркуляции в атмосфере. Обнаружение на тихоокеанских островах спор растений умеренных широт, принесенных воздушными потоками, анализ продуктов радиоактивного распада при испытаниях ядерного оружия на земле и в атмосфере позволяют сделать выводы о меридиональном и широтном воздухообмене.

Любая двухфазная система, в которой одна фаза дисперсионно распределена в другой, называется коллоидом. В том случае, если дисперсионная среда газообразная, коллоид называется аэрозолем. В метеорологии под аэрозолем понимают не всю систему воздух — частицы, а лишь взвешенные в воздухе жидкие и твердые частицы.

Источниками естественных аэрозолей являются океаны, космическая пыль, частицы почвы и горных пород, поднимаемые в воздух при ветровой эрозии, органические вещества — пыльца растений, споры, бактерии и другие, частицы дыма, возникающие при лесных и торфяных пожарах, продукты вулканических извержений.

Атмосферные аэрозоли над океаном образуются в результате разбрызгивания капель морской воды и их последующего испарения. Капли образуются при сдувании ветром брызг с гребней волн, при выпадении на водную поверхность осадков, в прибойной зоне побережий.

Взвешенные в воздухе солевые частицы наносят значительный ущерб сельскохозяйственным культурам и вызывают коррозию материалов. Основным компонентом морских аэрозолей является хлорид натрия, однако в них присутствуют карбонаты, сульфаты, калий, магний и кальций, ряд органических соединений.

Важным источником аэрозолей являются вулканы, но их вклад сильно варьируется во времени и пространстве, так как одно мощное извержение может многократно превысить выброс частиц в атмосферу, который происходит в периоды «спокойной» вулканической деятельности.

Вулканические аэрозоли представляют собой тонко измельченную лаву либо капли серной кислоты, содержащей растворы сульфатов, галогенидов, следы никеля и хрома. Значительная часть аэрозолей поступает в атмосферу с поверхности почвы и скальных пород.

Степные, кустарниковые и лесные пожары являются еще одним важным источником тропосферных аэрозолей. Зола, выбрасываемая при пожарах в атмосферу, состоит из неорганических веществ, минералов, первоначально присутствовавших в тканях растений. В золе имеются частицы углерода, не полностью сгоревшие смолистые вещества. Крупные лесные пожары могут быть источниками атмосферных аэрозолей, заметных в глобальном масштабе.

Небольшую часть перечисленных примесей составляет крупная пыль с частичками радиусом более 5 мк. Почти 95% частичек имеет радиусы менее 5 мки до сотых и тысячных долей микрона. Вследствие такой малости они могут длительное время удерживаться в атмосфере во взвешенном состоянии. Удаляются из атмосферы они главным образом при выпадении осадков, присоединяясь к капелькам и снежинкам. Имеется ряд методов и приборов для определения их содержания в воздухе.

С высотой число взвешенных частичек быстро убывает; на высотах 5 — 10 кмих всего десятки на кубический сантиметр.

В общем, в атмосферном столбе над каждым квадратным сантиметром земной поверхности содержится 10 — 109 аэрозольных частичек. Общий их вес в атмосфере не менее 108 т. Это огромное число, но оно мало по сравнению со всей массой атмосферы, которая, как мы увидим дальше, определяется в 5×1015 т.

Бактерии в центральных частях океанов встречаются в количестве нескольких единиц на кубический метрвоздуха; в больших городах их уже тысячи и десятки тысяч в том же объеме.

От количества и рода аэрозольных примесей зависят явления поглощения и рассеяния радиации в атмосфере, т.е. ее большая или меньшая прозрачность для радиации. Наличие взвешенных частичек создает в атмосфере также ряд оптических явлений, свойственных коллоидным растворам.

Наиболее крупные аэрозольные частички, обладающие гигроскопическими свойствами, играют в атмосфере роль ядер конденсации, т.е. центров, к которым присоединяются молекулы водяного пара, образуя водяные капельки.

Капельки и кристаллы, в отличие от пылинок, возникают в самой атмосфере при конденсации водяного пара и могут исчезать, не выпадая вследствие испарения. Если они очень разрежены и мелки, то обнаруживаются по некоторому помутнению воздуха синеватого или сероватого цвета — дымке. Более плотные их скопления — облака и туманы.

Капельки облаков обычно очень мелки – от единиц до десятков микронов(т.е. от тысячных до сотых долей миллиметра) в диаметре. В каждом кубическом сантиметре облачного воз­духа содержится несколько десятков или сотен капелек. Это значит, что на один кубический метр облачного воздуха приходится всего несколько граммов или даже долей грамма жидкой воды. Кристаллики в облаках также в большинстве очень мелки. Поэтому облака могут длительно удерживаться в атмосфере во взвешенном состоянии вследствие сопротивления воздуха и его восходящих движений. Но в облаках может происходить и укрупнение облачных элементов; достигнув определенных размеров, они начинают выпадать из облаков в виде осадков – капелек дождя, кристаллов снега и пр.

Облака наблюдаются на разных высотах в пределах нижних 10 — 15 км, причем с высотою водность облаков (т.е. содержание в них жидкой воды на единицу объема) убывает. Изредка наблюдаются особые очень легкие облака на высотах около 20 — 25 км (перламутровые) и около 75 — 90 км (серебристые).

Нередко облакоподобные скопления капелек и кристаллов начинаются от самой земной поверхности; в этих случаях они называются туманами.

Содержание во всей атмосфере аэрозолей естественного происхождения больше, чем техногенных (приблизительно 80 – 20%). Но в отдельных промышленных районах и на окружающей их территории техногенные (антропогенные ) аэрозоли могут превышать содержание природных. Они образуются в основном при сжигании твердого и жидкого топлива. Кроме того, ряд производств, например цементные заводы, выбрасывают в атмосферу большое количество пыли. Естественно, что пространственное распределение антропогенных аэрозолей неравномерно.

В районах максимальных выбросов техногенных примесей образуются смоги. Смоги бывают двух типов – дымные и фотохимические. В обоих случаях в атмосфере понижается видимость, у людей появляются неприятные ощущения вследствие попадания в органы дыхания газов, жидких и твердых аэрозолей.

Дымные смоги образуются в результате смешения аэрозольных частиц, продуцируемых при сжигании топлива в промышленных зонах, с продуктами конденсации водяного пара. Особенно это характерно при высоких уровнях относительной влажности. Сернистые соединения, содержащиеся в значительных концентрациях в дымах промышленных предприятий, использующих уголь, в реакциях с атмосферной влагой образуют жидкие аэрозоли в виде серной и сернистой кислот и их производных.

При фотохимических смогах основная часть аэрозолей представляет собой капли, состоящие из сильно загрязненной воды, содержащей водонерастворимые органические соединения, способные сохраняться в воздухе даже при относительной влажности 30%.

Источник